В настоящее время автопроизводители и поставщики проводят очень дорогие исследования и разработки для соблюдения действующих и перспективных норм токсичности ОГ. Чем жестче становятся требования законодательства, тем больше требуется затрат (в том числе технических) на их соблюдение. Достигнутые за последние годы успехи были отмечены «легко» реализуемыми возможностями. В будущем необходимо выбирать новые пути, что также включает в себя разработку новых методов организации процессов сгорания и новые решения в «старых» системах
Возможность уменьшения вредных выбросов
| Эффект, результат, примечание
|
Электронный впрыск бензина, адаптивные системы, регулирование крутящего момента двигателя
| Самое точное дозирование топлива на всех режимах и при любых нагрузках с соблюдением окружающих условий (системы Motronic), системы OBD, использование системы E-Gas для двигателей с регулировкой крутящего момента
|
Непосредственный впрыск бензина (по стенке, в воздушном потоке, струйный)
| возможны слишком бедные смеси в диапазоне частичной нагрузки
отсутствие дроссельной заслонки
богатая готовая к воспламенению смесь только на свече зажигания
в целом смесь в камере сгорания бедная (GDI или FSI)
|
Конструкция камеры сгорания
| · маленькие, компактные, куполообразные камеры сгорания
· из-за большой турбулентности могут вырасти компрессия и тепловой КПД
|
Положение свечей зажигания
| центральное положение свечей зажигания обеспечивает короткий путь пламени
компрессия и тепловой КПД могут увеличиться без опасности детонации
|
Многоклапанная техника
| предполагает компактные камеры сгорания и центральное положение свечей зажигания
из-за большой турбулентности получается очень хорошее смешивание
компрессия и тепловой КПД могут увеличиться без опасности детонации
|
Оптимизированная конструкция впускного коллектора (регулируемые системы всасывания)
| использование эффекта наддува
использование полностью регулируемых впускных коллекторов (напр. Multi Ram)
создание целенаправленной турбулентности воздуха (завихрение)
|
Регулируемая геометрия турбины (VTG), регулируемая геометрия компрессора, ступенчатый наддув, регистровый наддув, сочетание механического наддува и турбонаддува
| независимое от оборотов регулирование давления наддува
наддув высокого давления при непосредственном впрыске топлива
в настоящее время имеются проблемы с материалом из-за высокой температуры ОГ у бензиновых двигателей — до 1050°С
возможны небольшие рабочие объемы с высокими мощностями и моментами, уменьшение размеров (напр. система TSI концерна VW)
|
Регулируемые фазы газораспределения (цель — избавиться от распределительного вала, но идея пока на стадии разработки)
| рассматриваются электрические, электрогидравлические или электропневматические клапанные приводы без распределительного вала
на низких оборотах топливо не попадает в систему выпуска, из-за чего снижается выброс углеводородов
на высоких оборотах ОГ могут оставаться в цилиндре и из-за этой внутренней рециркуляции ОГ могут снизиться выбросы оксидов азота
возможно управление наполнением без дроссельной заслонки с регулировкой хода клапана (напр. Valvetronic у BMW)
оптимальное наполнение во всех диапазонах нагрузок и оборотов
|
Отключение цилиндров или регулируемое сжатие
| повышение КПД каждого цилиндра
более оптимальное адаптирование к текущим оборотам и нагрузкам двигателя
использование эксцентрично расположенных коленвалов
концепция SVC концерна Saab со степенью сжатия 8:1-14:1
|
Подача воздуха в ОГ незадолго до или сразу после их выхода из цилиндра (система впуска добавочного воздуха)
| реализация термического дожига в выпускной трубе
СН и СО окисляются при температурах выше 600°С, в результате получаются СO2 и Н2O
в фазе холодного запуска катализатор быстрее нагревается до рабочей температуры
|
Рециркуляция ОГ (внутренняя, внешняя, с охлаждением)
| отработавшие газы относятся к инертным (негорючим) газам
снижается пиковая температура в камере сгорания и, соответственно, условие образования оксидов азота
снижается также заполнение цилиндров свежей порцией смеси
макс, процент рециркуляции ОГ10 — 15 % у бензиновых двигателей, 30-50% у дизельных двигателей и до 30% у бензиновых двигателей с непосредственным впрыском бензина
более высокий процент — до 70% — теоретически возможен в определенных рабочих точках
самовоспламенение от ОГ при методе САI
|
Сокращение фазы прогрева, охлаждение с программным управлением, термоуправление
| предотвращение масляного и водяного охлаждения в фазе прогрева
снижение выбросов СО, СН и расхода топлива
использование насосов охлаждающей жидкости с электроприводом
катализатор быстрее нагревается до рабочей температуры
электронный термостат и насос охлаждающей жидкости с электроприводом
электронное термоуправление охлаждением
|
Система зажигания с программным управлением, регулирование детонации и более оптимальное регулирование угла опережения зажигания, регулируемые зазоры между электродами свечей, лазерное зажигание или многократное зажигание
| стабильно высокий уровень энергии искры при любых нагрузках и оборотах, нет износа
оптимальный момент зажигания для всех возможных режимов работы
с регулировкой детонации компрессия и КПД могут повыситься без риска повреждения двигателя вплоть до физико-технических пределов
смещение угла зажигания в фазе прогрева в сторону более «позднего» для повышения температуры ОГ и нагрева катализатора
очень большая энергия зажигания у новых систем
|
Уменьшение внутреннего трения в двигателе и потерь во вспомогательных агрегатах
| новые материалы — напр. керамические клапаны, углеродные поршни, новые технологии нанесения покрытий на гильзы цилиндров и пр.
подключаемые вспомогательные агрегаты, такие как сервонасосы и насосы охлаждающей жидкости
|
Снижение оборотов за счет 5- или 6-ступенчатой КПП или АКПП (также бесступенчатой АКПП)
| снижение трения в двигателе
потребление мощности вспомогательными агрегатами падает
достижение одинакового момента при меньших оборотах
|
|
|
Системы Start-Stop, система прямого пуска
| прерывание подачи топлива при выключенном двигателе
прямой запуск путем поджигания смеси в камере сгорания и щадящее использование механической и электрической систем запуска
|
Новые методы организации процесса сгорания, такие как контролируемое самовоспламенение (CAI); (HCCI)
| однородное поджигание смеси в диапазоне частичной нагрузки горячими ОГ или горячим воздухом в камере сгорания
однородное самовоспламенение смеси
|
Различные системы катализаторов
| каталитическое дожигание и преобразование вредных веществ в неядовитые компоненты
|
В таблице показаны некоторые технические меры по снижению расхода топлива и выбросов вредных веществ для бензиновых двигателей, уже выпускаемых серийно или разрабатываемых для серийного выпуска. Зачастую прогресс в снижении расхода топлива и выбросов вредных веществ при работе двигателей дают только комбинации различных мер.